變頻技術(shù)在供水泵站中的運用及效益分析

【摘要】本文先描述了水泵站存在的問題，又介紹了變頻技術(shù)的原理和變頻的調(diào)節(jié)方式，將變頻技術(shù)應(yīng)用到水泵的流量調(diào)節(jié)上，不僅能夠有效調(diào)節(jié)水泵的流量，同時也要減小管路的阻力，保護水泵的壽命，而且還能大大的節(jié)約電能，降低成本。

前言

水的供給是通過水泵站的水泵向下一水泵站進行一級一級的傳輸?shù)?，但是各個水泵站的工作環(huán)境和使用的設(shè)備可能有差別，這樣就會造成上一級水泵站的流量和下一級水泵站的流量不一致，也就會造成水泵站不能正常的工作，為了解決這一問題，我們就要找到有效的方法對各水泵站的水泵進行流量的均衡。通常我們使用的方法比較簡單，就是在各級水泵房裝上閥門，通過調(diào)節(jié)閥門的開口來達到調(diào)節(jié)水泵流量的目的。這個方法雖然很簡單，但是這樣會很容易把閥門給沖刷壞掉，同時閥門的加入也會使整個管路的阻力大大的增加，也會使整個管路的能耗增加，如果我們沒有將閥門的開口大小調(diào)節(jié)好的，就可能會造成水泵的負(fù)載變大，間接的造成水泵的損壞，減少了水泵的使用時間。所以，我們要找到一種新的方法來調(diào)節(jié)水泵的流量，同時也要減小管路的阻力，保護水泵的壽命。目前的水泵設(shè)計時也考慮了變頻功能，所以我們就使用變頻功能對水泵的流量進行調(diào)節(jié)。

1.變頻技術(shù)

正常使用的工業(yè)用電是50Hz的，在這個頻率下電機是處于最高轉(zhuǎn)速的，變頻電機的好處就是可以通過改變輸入電的頻率來改變電機的轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在的水泵中已經(jīng)在電機的選擇上使用了變頻電機，我們在使用的時候，可以通過一個變頻器對變頻電機進行信號的輸入，從而改變電機的轉(zhuǎn)速，目前這種技術(shù)已經(jīng)被廣泛的使用在工業(yè)生產(chǎn)中了，并且已經(jīng)變的十分成熟。

交流異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可用下式表示：N=60f/p（1-s）式中： N———變頻電機的轉(zhuǎn)速，r/min；f———定子供電電源的頻率， Hz；p———電動機的極對數(shù)；s———電動機的轉(zhuǎn)差率。

從公式中可以看出，在變頻電機轉(zhuǎn)速差很小的時候，變頻電機的轉(zhuǎn)速和輸入端電源的頻率成正比。所以通過改變輸入端電源的頻率就可以對變頻電機進行無級調(diào)速，并且調(diào)速的過程非常平穩(wěn)。電動機轉(zhuǎn)速降低就會帶動水泵的轉(zhuǎn)速降低，同時葉片的工作扭矩就會降低，整個電動機的功率也會隨著下降，同樣的電動機轉(zhuǎn)速升高就會帶動水泵的轉(zhuǎn)速升高，同時葉片的工作扭矩就會增大，整個電動機的功率也會隨著增加。調(diào)速的方式可以分為恒扭矩和恒功率調(diào)速，在不同的工作環(huán)境中我們可以使用不同的方式進行變頻電機的調(diào)速，從而得到我們所需要的結(jié)果。

2.變頻系統(tǒng)的組成

通常我們使用較多的變頻系統(tǒng)由變頻器。控制器組成。變頻器的生產(chǎn)廠家大都是國外的一些知名電器廠家?？刂破髦饕怯脕碚{(diào)節(jié)變頻器的，控制器一般由PLC、處理器等組成，外部流量計檢測到的流量信號經(jīng)過程序處理后在通過PLC向變頻器發(fā)出變頻信號，從而達到對變頻器的調(diào)節(jié)，從而達到對電動機的調(diào)節(jié)，進而達到對水泵流量的調(diào)節(jié)。

3.變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式與實現(xiàn)過程

3.1控制方式

根據(jù)外部流量計檢測到的流量信號通過控制器對輸入端的電源的頻率進行控制的方式有兩種，一種是開環(huán)控制，另一種是閉環(huán)控制。開環(huán)控制就是指不通過管道的反饋人為的進行控制，閉環(huán)控制就是指控制器先對檢測信號進行判斷，然后再進行控制，是需要時間判斷的。對于不同的工作環(huán)境和水泵的型號使用不同的控制方式，也可以兩種控制方式結(jié)合在一起使用，這樣的效果會更好一些。

3.2實現(xiàn)方式

開環(huán)控制：變頻器不安裝在水泵工作現(xiàn)場，而是將它安裝在配電室，在需要對變頻電機進行調(diào)節(jié)的時候，工作人員使用控制器對變頻器進行調(diào)節(jié)，這樣就能調(diào)節(jié)變頻電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對水泵流量的調(diào)節(jié)。

閉環(huán)控制： 將流量計安裝在出口管道上，這樣就可以檢測到水泵的流量，流量計會發(fā)出一個0-20mA的電流信號，PLC可以根據(jù)這個信號來判斷水泵的流量，當(dāng)流量發(fā)生變化的時候，PLC就會自動的發(fā)出信號來調(diào)節(jié)變頻器的頻率，從而進行調(diào)節(jié)變頻電機的轉(zhuǎn)速，進而使水泵流量穩(wěn)定在設(shè)定值。

4.變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制中的節(jié)能計算

根據(jù)水泵相似類關(guān)系式P/P0=（N/N0）3計算，式中為P0額定轉(zhuǎn)速N0時的功率；P為轉(zhuǎn)速N時的功率。以一臺水泵使用的600kW電機為例。運行工況以24小時連續(xù)運行，并且每天運行在90%負(fù)荷（頻率按45Hz計算， 閥門調(diào)節(jié)時功耗按98%計算），全年運行時間在300天為計算依據(jù)。則

閥門調(diào)節(jié)時每年的耗電量為：

W1=600×0.98×24×300=4233600kW

變頻調(diào)速時每年的耗電量為：

W2=600×（45/50）3×24×300=3149280kW

相比較節(jié)電量為：

W=W1-W2=4233600-3363932=1084320kW

按照工業(yè)用電進行計算，每度電0.82元，使用變頻技術(shù)后，一臺水泵一年能夠節(jié)約889142元的電費。

5.結(jié)束語

為了解決水泵站之間因為外界原因而來帶的流量的不均衡的問題，我們將變頻技術(shù)引入到水泵站的供水工作中。本文先描述了水泵站存在的問題，又介紹了變頻技術(shù)的原理和變頻的調(diào)節(jié)方式，將變頻技術(shù)應(yīng)用到水泵的流量調(diào)節(jié)上，不僅能夠有效調(diào)節(jié)水泵的流量，同時也要減小管路的阻力，保護水泵的壽命，而且還能大大的節(jié)約電能，降低成本。

參考文獻

[1]袁云，俞賽峰，林磊，張立民.排水泵站變頻節(jié)能的工程實踐和機理初探[J].排灌機械，2006，05：25-28.

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